int和Integer深入分析

Half 發(fā)布于2019-08-23 11:31 / 3158人閱讀

摘要：對(duì)象頭的另外一部分是類型指針，即對(duì)象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例。并不是所有的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)都必須在對(duì)象數(shù)據(jù)上保留類型指針，換句話說(shuō)，查找對(duì)象的元數(shù)據(jù)信息并不一定要經(jīng)過(guò)對(duì)象本身，這點(diǎn)將在節(jié)討論。

目錄介紹

1.關(guān)于int和Integer的問(wèn)題區(qū)別分析

2.Integer的值緩存的原理

2.1 Java 5 中引入緩存特性

2.2 Integer類中的IntegerCache類

2.3 其他整型類型的緩存機(jī)制

3.理解自動(dòng)裝箱和拆箱

3.1 什么是裝箱？什么是拆箱？

3.2 裝箱和拆箱是如何實(shí)現(xiàn)的

3.3 裝箱和拆箱在編程實(shí)際中注意點(diǎn)

4.原始類型線程安全問(wèn)題

4.1 那些類型是線程安全的

4.2 如何驗(yàn)證int類型是否線程安全

4.3 AtomicInteger線程安全版

5.Java 原始數(shù)據(jù)類型和引用類型局限性

5.1 原始數(shù)據(jù)類型和 Java 泛型并不能配合使用

5.2 無(wú)法高效地表達(dá)數(shù)據(jù)，也不便于表達(dá)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

6.關(guān)于其他知識(shí)延伸

6.1 對(duì)象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)

6.2 對(duì)象頭的結(jié)構(gòu)

6.3 如何計(jì)算或者獲取某個(gè)Java對(duì)象的大小

7.關(guān)于其他內(nèi)容介紹

7.1 關(guān)于博客匯總鏈接

7.2 關(guān)于我的博客

1.關(guān)于int和Integer的問(wèn)題區(qū)別分析

1.1 編譯階段、運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)裝箱 / 自動(dòng)拆箱是發(fā)生在什么階段？

1.2使用靜態(tài)工廠方法 valueOf 會(huì)使用到緩存機(jī)制，那么自動(dòng)裝箱的時(shí)候，緩存機(jī)制起作用嗎？

1.3為什么我們需要原始數(shù)據(jù)類型，Java 的對(duì)象似乎也很高效，應(yīng)用中具體會(huì)產(chǎn)生哪些差異？

1.4 閱讀過(guò) Integer 源碼嗎？分析下類或某些方法的設(shè)計(jì)要點(diǎn)？

1.5 int和Integer的區(qū)別

1、Integer是int的包裝類，int則是java的一種基本數(shù)據(jù)類型 
2、Integer變量必須實(shí)例化后才能使用，而int變量不需要 
3、Integer實(shí)際是對(duì)象的引用，當(dāng)new一個(gè)Integer時(shí)，實(shí)際上是生成一個(gè)指針指向此對(duì)象；而int則是直接存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值 
4、Integer的默認(rèn)值是null，int的默認(rèn)值是0

延伸： 
關(guān)于Integer和int的比較 
1、由于Integer變量實(shí)際上是對(duì)一個(gè)Integer對(duì)象的引用，所以兩個(gè)通過(guò)new生成的Integer變量永遠(yuǎn)是不相等的（因?yàn)閚ew生成的是兩個(gè)對(duì)象，其內(nèi)存地址不同）。

Integer i = new Integer(100);
Integer j = new Integer(100);
System.out.print(i == j); //false

2、Integer變量和int變量比較時(shí)，只要兩個(gè)變量的值是向等的，則結(jié)果為true（因?yàn)榘b類Integer和基本數(shù)據(jù)類型int比較時(shí)，java會(huì)自動(dòng)拆包裝為int，然后進(jìn)行比較，實(shí)際上就變?yōu)閮蓚€(gè)int變量的比較）

Integer i = new Integer(100);
int j = 100；
System.out.print(i == j); //true

3、非new生成的Integer變量和new Integer()生成的變量比較時(shí)，結(jié)果為false。（因?yàn)榉莕ew生成的Integer變量指向的是java常量池中的對(duì)象，而new Integer()生成的變量指向堆中新建的對(duì)象，兩者在內(nèi)存中的地址不同）

Integer i = new Integer(100);
Integer j = 100;
System.out.print(i == j); //false

4、對(duì)于兩個(gè)非new生成的Integer對(duì)象，進(jìn)行比較時(shí)，如果兩個(gè)變量的值在區(qū)間-128到127之間，則比較結(jié)果為true，如果兩個(gè)變量的值不在此區(qū)間，則比較結(jié)果為false

Integer i = 100;
Integer j = 100;
System.out.print(i == j); //true

Integer i = 128;
Integer j = 128;
System.out.print(i == j); //false

對(duì)于第4條的原因： 
java在編譯Integer i = 100 ;時(shí)，會(huì)翻譯成為Integer i = Integer.valueOf(100)；，而java API中對(duì)Integer類型的valueOf的定義如下：

public static Integer valueOf(int i){
    assert IntegerCache.high >= 127;
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high){
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    }
    return new Integer(i);
}

java對(duì)于-128到127之間的數(shù)，會(huì)進(jìn)行緩存，Integer i = 127時(shí)，會(huì)將127進(jìn)行緩存，下次再寫Integer j = 127時(shí)，就會(huì)直接從緩存中取，就不會(huì)new了

2.Integer的值緩存的原理 2.1 Java 5 中引入緩存特性

在 Java 5 中，為 Integer 的操作引入了一個(gè)新的特性，用來(lái)節(jié)省內(nèi)存和提高性能。整型對(duì)象在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)中通過(guò)使用相同的對(duì)象引用實(shí)現(xiàn)了緩存和重用。

這種 Integer 緩存策略僅在自動(dòng)裝箱（autoboxing）的時(shí)候有用，使用構(gòu)造器創(chuàng)建的 Integer 對(duì)象不能被緩存。

2.2 Integer類中的IntegerCache類

在創(chuàng)建新的 Integer 對(duì)象之前會(huì)先在 IntegerCache.cache (是個(gè)Integer類型的數(shù)組)中查找。有一個(gè)專門的 Java 類來(lái)負(fù)責(zé) Integer 的緩存。

這個(gè)類是用來(lái)實(shí)現(xiàn)緩存支持，并支持 -128 到 127 之間的自動(dòng)裝箱過(guò)程。最大值 127 可以通過(guò) JVM 的啟動(dòng)參數(shù) -XX:AutoBoxCacheMax=size 修改。緩存通過(guò)一個(gè) for 循環(huán)實(shí)現(xiàn)。從小到大的創(chuàng)建盡可能多的整數(shù)并存儲(chǔ)在一個(gè)名為 cache 的整數(shù)數(shù)組中。這個(gè)緩存會(huì)在 Integer 類第一次被使用的時(shí)候被初始化出來(lái)。以后，就可以使用緩存中包含的實(shí)例對(duì)象，而不是創(chuàng)建一個(gè)新的實(shí)例(在自動(dòng)裝箱的情況下)。

public static Integer valueOf(int i) {
    if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
        return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
    return new Integer(i);
}


private static class IntegerCache {
    static final int low = -128;
    static final int high;
    static final Integer cache[];

    static {
        // high value may be configured by property
        int h = 127;
        String integerCacheHighPropValue =
            sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
        if (integerCacheHighPropValue != null) {
            try {
                int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                i = Math.max(i, 127);
                // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
            } catch( NumberFormatException nfe) {
                // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
            }
        }
        high = h;

        cache = new Integer[(high - low) + 1];
        int j = low;
        for(int k = 0; k < cache.length; k++)
            cache[k] = new Integer(j++);

        // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
        assert IntegerCache.high >= 127;
    }

    private IntegerCache() {}
}

2.3 其他整型類型的緩存機(jī)制

這種緩存行為不僅適用于Integer對(duì)象。我們針對(duì)所有整數(shù)類型的類都有類似的緩存機(jī)制。

有 ByteCache 用于緩存 Byte 對(duì)象

有 ShortCache 用于緩存 Short 對(duì)象

有 LongCache 用于緩存 Long 對(duì)象

有 CharacterCache 用于緩存 Character 對(duì)象

Byte，Short，Long 有固定范圍: -128 到 127。對(duì)于 Character, 范圍是 0 到 127。除了 Integer 可以通過(guò)參數(shù)改變范圍外，其它的都不行。

3.理解自動(dòng)裝箱和拆箱 3.1 什么是裝箱？什么是拆箱？

裝箱就是自動(dòng)將基本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為包裝器類型；拆箱就是自動(dòng)將包裝器類型轉(zhuǎn)換為基本數(shù)據(jù)類型。

//拆箱
int yc = 5;
//裝箱
Integer yc = 5;

3.2 裝箱和拆箱是如何實(shí)現(xiàn)的

以Interger類為例，下面看一段代碼來(lái)了解裝箱和拆箱的實(shí)現(xiàn)

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Integer y = 10;
        int c = i;
    }
}

然后來(lái)編譯一下，看下圖所示：

從反編譯得到的字節(jié)碼內(nèi)容可以看出，在裝箱的時(shí)候自動(dòng)調(diào)用的是Integer的valueOf(int)方法。而在拆箱的時(shí)候自動(dòng)調(diào)用的是Integer的intValue方法。

因此可以用一句話總結(jié)裝箱和拆箱的實(shí)現(xiàn)過(guò)程：裝箱過(guò)程是通過(guò)調(diào)用包裝器的valueOf方法實(shí)現(xiàn)的，而拆箱過(guò)程是通過(guò)調(diào)用包裝器的 xxxValue方法實(shí)現(xiàn)的。（xxx代表對(duì)應(yīng)的基本數(shù)據(jù)類型）。

3.3 裝箱和拆箱在編程實(shí)際中注意點(diǎn)

建議避免無(wú)意中的裝箱、拆箱行為，尤其是在性能敏感的場(chǎng)合，創(chuàng)建 10 萬(wàn)個(gè) Java 對(duì)象和 10 萬(wàn)個(gè)整數(shù)的開(kāi)銷可不是一個(gè)數(shù)量級(jí)的，不管是內(nèi)存使用還是處理速度，光是對(duì)象頭的空間占用就已經(jīng)是數(shù)量級(jí)的差距了。

4.原始類型線程安全問(wèn)題 4.1 那些類型是線程安全的

Java自帶的線程安全的基本類型包括： AtomicInteger, AtomicLong, AtomicBoolean, AtomicIntegerArray,AtomicLongArray等

4.2 如何驗(yàn)證int類型是否線程安全

200個(gè)線程，每個(gè)線程對(duì)共享變量 count 進(jìn)行 50 次 ++ 操作

int 作為基本類型，直接存儲(chǔ)在內(nèi)存棧，且對(duì)其進(jìn)行+,-操作以及++,–操作都不是原子操作，都有可能被其他線程搶斷，所以不是線程安全。int 用于單線程變量存取，開(kāi)銷小，速度快

int count = 0;
private void startThread() {
    for (int i = 0;i < 200; i++){
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int k = 0; k < 50; k++){
                    count++;
                }
            }
        }).start();
    }
    // 休眠10秒，以確保線程都已啟動(dòng)
    try {
        Thread.sleep(1000*10);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }finally {
        Log.e("打印日志----",count+"");
    }
}

//期望輸出10000，最后輸出的是9818
//注意：打印日志----: 9818

4.3 AtomicInteger線程安全版

AtomicInteger類中有有一個(gè)變量valueOffset，用來(lái)描述AtomicInteger類中value的內(nèi)存位置。

當(dāng)需要變量的值改變的時(shí)候，先通過(guò)get（）得到valueOffset位置的值，也即當(dāng)前value的值.給該值進(jìn)行增加，并賦給next

compareAndSet（）比較之前取到的value的值當(dāng)前有沒(méi)有改變，若沒(méi)有改變的話，就將next的值賦給value，倘若和之前的值相比的話發(fā)生變化的話，則重新一次循環(huán)，直到存取成功，通過(guò)這樣的方式能夠保證該變量是線程安全的

value使用了volatile關(guān)鍵字，使得多個(gè)線程可以共享變量，使用volatile將使得VM優(yōu)化失去作用，在線程數(shù)特別大時(shí)，效率會(huì)較低。

private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);
static Integer count1 = Integer.valueOf(0);
private void startThread1() {
    for (int i = 0;i < 200; i++){
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int k = 0; k < 50; k++){
                    // getAndIncrement: 先獲得值，再自增1，返回值為自增前的值
                    count1 = atomicInteger.getAndIncrement();
                }
            }
        }).start();
    }
    // 休眠10秒，以確保線程都已啟動(dòng)
    try {
        Thread.sleep(1000*10);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }finally {
        Log.e("打印日志----",count1+"");
    }
}

//期望輸出10000，最后輸出的是10000
//注意：打印日志----: 10000



//AtomicInteger使用了volatile關(guān)鍵字進(jìn)行修飾，使得該類可以滿足線程安全。
private volatile int value;
/**
 * Creates a new AtomicInteger with the given initial value.
 *
 * @param initialValue the initial value
 */
public AtomicInteger(int initialValue) {
    value = initialValue;
}

5.Java 原始數(shù)據(jù)類型和引用類型局限性 5.1 原始數(shù)據(jù)類型和 Java 泛型并不能配合使用

Java 的泛型某種程度上可以算作偽泛型，它完全是一種編譯期的技巧，Java 編譯期會(huì)自動(dòng)將類型轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的特定類型，這就決定了使用泛型，必須保證相應(yīng)類型可以轉(zhuǎn)換為Object。

5.2 無(wú)法高效地表達(dá)數(shù)據(jù)，也不便于表達(dá)復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Java 的對(duì)象都是引用類型，如果是一個(gè)原始數(shù)據(jù)類型數(shù)組，它在內(nèi)存里是一段連續(xù)的內(nèi)存，而對(duì)象數(shù)組則不然，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的是引用，對(duì)象往往是分散地存儲(chǔ)在堆的不同位置。這種設(shè)計(jì)雖然帶來(lái)了極大靈活性，但是也導(dǎo)致了數(shù)據(jù)操作的低效，尤其是無(wú)法充分利用現(xiàn)代 CPU 緩存機(jī)制。

Java 為對(duì)象內(nèi)建了各種多態(tài)、線程安全等方面的支持，但這不是所有場(chǎng)合的需求，尤其是數(shù)據(jù)處理重要性日益提高，更加高密度的值類型是非?，F(xiàn)實(shí)的需求。

6.關(guān)于其他知識(shí)延伸 6.1 對(duì)象的內(nèi)存結(jié)構(gòu)

對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的布局可以分為3塊區(qū)域：對(duì)象頭（Header）、實(shí)例數(shù)據(jù)（Instance Data）和對(duì)齊填充（Padding）。

6.2 對(duì)象頭的結(jié)構(gòu)

HotSpot虛擬機(jī)的對(duì)象頭包括兩部分信息，第一部分用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時(shí)間戳等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長(zhǎng)度在32位和64位的虛擬機(jī)（未開(kāi)啟壓縮指針）中分別為32bit和64bit，官方稱它為"Mark Word"。

對(duì)象頭的另外一部分是類型指針，即對(duì)象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例。并不是所有的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)都必須在對(duì)象數(shù)據(jù)上保留類型指針，換句話說(shuō)，查找對(duì)象的元數(shù)據(jù)信息并不一定要經(jīng)過(guò)對(duì)象本身，這點(diǎn)將在2.3.3節(jié)討論。另外，如果對(duì)象是一個(gè)Java數(shù)組，那在對(duì)象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)組長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，因?yàn)樘摂M機(jī)可以通過(guò)普通Java對(duì)象的元數(shù)據(jù)信息確定Java對(duì)象的大小，但是從數(shù)組的元數(shù)據(jù)中卻無(wú)法確定數(shù)組的大小。

6.3 如何計(jì)算或者獲取某個(gè)Java對(duì)象的大小

獲取一個(gè)JAVA對(duì)象的大小，可以將一個(gè)對(duì)象進(jìn)行序列化為二進(jìn)制的Byte，便可以查看大小

//獲取一個(gè)JAVA對(duì)象的大小，可以將一個(gè)對(duì)象進(jìn)行序列化為二進(jìn)制的Byte，便可以查看大小
Integer value = 10;
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos ;
try {
    oos = new ObjectOutputStream(bos);
    oos.writeObject(value);
    oos.close();
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
}
// 讀出當(dāng)前對(duì)象的二進(jìn)制流信息
Log.e("打印日志----",bos.size()+"");
//打印日志----: 81

7.關(guān)于其他內(nèi)容介紹 7.1 關(guān)于博客匯總鏈接

1.技術(shù)博客匯總

2.開(kāi)源項(xiàng)目匯總

3.生活博客匯總

4.喜馬拉雅音頻匯總

5.其他匯總

7.2 關(guān)于我的博客

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